吐魯番市13個品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性成分分析與評價

郭紅梅，梁 雎，劉志剛，李海峰，胡西旦·買買提，任紅松

（新疆農(nóng)業(yè)科學院吐魯番農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆 吐魯番 838000）

桑葉是桑科（Moraceae）桑屬（MorusL）桑樹（Morus albaL）[1]的樹葉，富含人體所需的多種營養(yǎng)成分和生物活性成分，具有降血壓、抗衰老、防癌、降血糖、抑制血脂增高等多種生物學活性[2]，被我國衛(wèi)生部列入“藥食同源”目錄[3]。吐魯番市具有光照強、晝夜溫差大等獨特的氣候特點，使桑葉營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)的存在形式表現(xiàn)出特異性風格[4]，為桑葉產(chǎn)品的開發(fā)利用提供了豐富的資源。

目前，對吐魯番市桑葉營養(yǎng)和活性成分含量的研究很少，只在測定新疆整體的桑葉營養(yǎng)和活性物質(zhì)含量時有所涉及。孫蓮等[5]測定比較了吐魯番等地的桑葉中水溶性維生素含量。易新萍等[6]測定了吐魯番等地桑葉中10種微量元素的含量。

本文選取吐魯番市主要桑樹品種的桑葉為試驗材料，測定不同品種桑葉的總酚、生物堿、總多糖、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）、花青素、β-胡蘿卜素、黃酮苷、褪黑激素、類黃酮、VC、游離氨基酸、葉綠素和可溶性固形物的含量。采用主成分分析和聚類分析方法比較不同桑樹品種間桑葉的營養(yǎng)和活性物質(zhì)含量的差異，對各品種進行綜合品質(zhì)評價，旨在篩選出適合桑葉藥食用途開發(fā)的桑樹品種。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

桑葉：5個當?shù)厣淦贩N和8個引進品種（詳情見表1）。采收日期為2019年9月，采摘部位為第2～4位葉片，于晴朗天氣上午9—10點采摘。

表1 13個供試桑樹品種資源信息Table1 Information about 13 mulberry cultivars tested in thisstudy

蒽酮、硫酸、鹽酸、甲醇，北京化工廠產(chǎn)品；無水乙醇，天津市北聯(lián)精細化學品開發(fā)有限公司產(chǎn)品；抗壞血酸，天津市天新精細化工開發(fā)中心產(chǎn)品；磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、氯化亞錫、丙酮，天津市致遠化學試劑有限公司產(chǎn)品；石油醚、無水氧化鋁、氫氧化鉀、磷鎢酸、碳酸氫鈉、檸檬酸，天津永晟精細化工有限公司產(chǎn)品；鉬酸銨、水合茚三酮、兒茶酚、鉬酸鈉、大孔樹脂、哌碇、香蘭素、硼酸、三氯化鋁、γ-氨基丁酸、蘆丁、雷氏鹽、重蒸酚，上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品；類黃酮，北京百奧萊博科技有限公司產(chǎn)品；以上所有試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

UV754N型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；3K15型離心機，德國海因克爾干燥與分離集團；DHG-9070型電熱恒溫干燥箱，上海鴻都電子科技有限公司；DZKW-S-4型電熱恒溫水浴，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；JA1203B型電子天平，上海菁海儀器有限公司；TLG-01型樣品粉碎機，北京天利恒誠科技有限公司；EL-PH7.0型PH計，廈門恩萊自動化科技有限公司；LH-B55型數(shù)顯折光儀，杭州陸恒生物科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不同品種桑葉營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)含量的測定

可溶性固形物含量：參照GB 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定——折射儀法》[7]中規(guī)定的方法測定；葉綠素含量：采用乙醇比色法[8]測定；VC含量：參照GB/T 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》[9]中規(guī)定的方法測定；游離氨基酸含量：參照GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》[10]中規(guī)定的方法測定；β-胡蘿卜素含量：參照譚小秋等[11]的方法測定；總酚含量：參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[12]規(guī)定的方法測定；總多糖含量：采用蒽酮比色法[13]測定；生物堿含量：采用雷氏鹽比色法[14]測定；類黃酮和花青素含量：參照梁燕梅[15]的方法測定；γ-氨基丁酸含量：參照夏玉玲等[16]的方法測定；黃酮苷含量：采用硼酸—檸檬酸比色法[17]測定；褪黑激素含量：參照楊學東等[18]的方法測定。

1.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用隸屬函數(shù)法[19]對原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理，消除不同指標間量綱差異，公式如下。

式中：Xij為第i個樣品第j個指標的檢測值，max Xij和min Xij分別為第i個樣品第j個指標的最大值和最小值，Yij為經(jīng)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值。將各指標含量的隸屬函數(shù)值作為主成分分析和聚類分析的原始值代入進行綜合評價。

使用SPSS19.0進行相關(guān)系數(shù)分析、主成分變量提取和系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種桑葉營養(yǎng)物質(zhì)含量比較

由表2可知，13個不同品種桑葉營養(yǎng)物質(zhì)含量存在一定程度的差異。本試驗采用變異系數(shù)來比較不同指標數(shù)據(jù)的變異情況。如果變異系數(shù)大于10%，說明品種間差異較大；變異系數(shù)小于10%，說明品種間差異較小[19-20]。桑葉可溶性固形物含量分布在16.76%～28.64%，平均含量為23.55%，變異系數(shù)為16.12%，品種間的差異較大；桑葉中葉綠素含量分布在8.94～17.74 mg/g，平均含量為13.00 mg/g，變異系數(shù)為21.82%，品種間的差異較大；桑葉中VC含量分布在0.16～0.27 mg/g，平均含量為0.20 mg/g，變異系數(shù)為14.13%，品種間的差異較大；游離氨基酸含量分布在2.60～4.45 mg/g，平均含量為3.37 mg/g，變異系數(shù)為18.30%，品種間的差異較大；桑葉中β-胡蘿卜素含量分布在4.21～7.09 mg/g，平均含量為5.72 mg/g，變異系數(shù)為18.65%，品種間的差異較大。

2.2 不同品種桑葉活性物質(zhì)含量比較

由表3可知，13個不同品種桑葉活性物質(zhì)含量存在一定程度的差異。桑葉總酚含量分布在4.47～8.04 mg/g，平均含量為6.50 mg/g，變異系數(shù)為19.25%，品種間的差異較大；桑葉總多糖含量分布在3.93～6.14 mg/g，平均含量為4.89 mg/g，變異系數(shù)為15.00%，品種間的差異較大；桑葉生物堿含量分布在0.76～1.36 mg/g，平均含量為1.09 mg/g，變異系數(shù)為19.26%，品種間的差異較大；桑葉中類黃酮含量分布在3.18～5.09μg/g，平均含量為4.21μg/g，變異系數(shù)為16.41%，品種間的差異較大；桑葉花青素含量分布在0.59～1.06 mg/g，平均含量為0.83 mg/g，變異系數(shù)為20.41%，品種間的差異較大；桑葉γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，平均含量為3.56 mg/g，變異系數(shù)為15.41%，品種間的差異較大；桑葉黃酮苷含量分布在1.92～3.71 mg/g，平均含量為2.79 mg/g，變異系數(shù)為22.24%，品種間的差異較大；桑葉褪黑激素含量分布在52.40～93.33 ng/g，平均含量為70.28 ng/g，變異系數(shù)為19.70%，品種間的差異較大。

表3 不同品種桑葉活性物質(zhì)含量比較Table3 Functional componentsin leavesfromdifferent mulberry varieties

2.3 不同品種桑葉物質(zhì)含量的主成分分析

桑葉中的營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)繁多復(fù)雜，利用主成分分析法可以準確地評價不同品種的綜合品質(zhì)。首先采用平均隸屬函數(shù)法，將測定的桑葉營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)含量進行數(shù)據(jù)標準化處理，得到轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值見表4。將轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值代入，對13個指標進行主成分分析，得到5個主成分的特征值及貢獻率，見表5。表中第1因子中起主要作用的為可溶性固形物、VC、褪黑激素、β-胡蘿卜素；第2因子中游離氨基酸和總酚的載荷值較大；第3因子中載荷值較大的為γ-氨基丁酸、β-胡蘿卜素；第4因子載荷值較大的為類黃酮和總多糖；第5因子載荷值較大的為黃酮苷。由表5可知，前5個主成分的累計貢獻率已達82.18%，表明前5個特征值能夠代表原來13個品質(zhì)指標的主要信息，能夠作為綜合品質(zhì)指標的主成分。

表5 13個品種桑樹葉品質(zhì)指標的主成分分析Table5 Principal component analysisof theleavesfrom13 mulberry cultivars

根據(jù)各指標貢獻率及特征值可以算出各特征向量。即特征向量（a）=各主成分（X）/對應(yīng)的特征值（E），計算得到桑葉品質(zhì)指標相關(guān)矩陣的特征向量a1、a2、a3、a4、a5。

由表6可知，以前5項主成分建立桑葉品質(zhì)綜合評價模型，由桑葉綜合品質(zhì)的特征向量導出5個主成分（F1、F2、F3、F4、F5）及綜合得分（F），函數(shù)表達式為：

表6 13個不同品種桑葉品質(zhì)的綜合分析Table 6 Comprehensiveanalysisof the leaves from13 mulberry cultivars

F1=0.14X1-0.024X2-0.162X3-0.214X4+0.183X5-0.039X6-0.009X7+0.2X8+0.091X9+0.237X10+0.2X11-0.011X12-0.189X13

F2=0.123X1+0.274X2-0.105X3+0.085X4-0.068X5-0.187X6+0.135X7+0.138X8-0.325X9+0.051X10+0.115X11-0.232X12+0.203X13

F3=0.215X1+0.233X2-0.234X3+0.287X4+0.236X5+0.224X6+0.18X7-0.037X8+0.047X9+0.019X10-0.209X11+0.225X12-0.05X13

F4=0.403X1-0.026X2+0.365X3+0.102X4-0.014X5+0.208X6-0.215X7+0.228X8+0.213X9+0.163X10-0.183X11-0.276X12+0.2X13

F5=0.012X1-0.317X2+0.085X3+0.136X4-0.273X5-0.165X6+0.547X7+0.065X8+0.107X9+0.311X10-0.064X11+0.293X12+0.17X13

F=0.250F1+0.191F2+0.161F3+0.115F4+0.104F5

利用該函數(shù)計算13個品種桑葉的品質(zhì)綜合得分，并進行排序，結(jié)果見表7。由表7可知，13個品種桑葉的綜合評分結(jié)果為：藥桑＞無核大10＞黑桑＞白桑＞臺灣長果＞育711＞嘉陵30＞龍桑1號＞大青條＞強桑1號＞粉桑＞公桑＞選792，說明從營養(yǎng)及活性物質(zhì)的主成分分析角度來看，藥桑具有更高的價值。

表7 不同品種桑樹葉的綜合評價結(jié)果Table 7 Comprehensive evaluation results of the leaves from different cultivars

2.4 不同品種桑葉品質(zhì)特性的聚類分析

13個品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性物質(zhì)含量聚類分析結(jié)果如圖1所示。以18.3為闕值，13個品種可以分成5類：第1類有黑桑、無核大10、臺灣長果、選792，特點是生物堿和β-胡蘿卜素含量較高，游離氨基酸含量較低；第2類有公桑、大青條、白桑、強桑1號，特點是可溶性固形物含量較高，β-胡蘿卜素和花青素含量較低；第3類為育711，特點是總多糖、花青素、游離氨基酸含量較高，總多酚、β-胡蘿卜素和VC含量較低；第4類有粉桑、龍桑1號、嘉陵30，特點是總多酚和γ-氨基丁酸含量較高，花青素和褪黑激素含量較低；第5類為藥桑，特點是類黃酮、總多酚、β-胡蘿卜素、黃酮苷、可溶性固形物、褪黑激素、VC、游離氨基酸的含量較高，總多糖、γ-氨基丁酸、花青素、生物堿、葉綠素的含量較低。可知不同品種桑樹葉的物質(zhì)含量有一定程度的差異，開發(fā)利用時應(yīng)注意選取合適的品種。

圖1 不同品種桑葉物質(zhì)含量聚類分析圖Fig.1 Dendrogramfromcluster analysis of leavesfrom different mulberry cultivars

3 討論

桑葉的營養(yǎng)和活性物質(zhì)含量主要受品種、區(qū)域、栽培條件、采收季節(jié)、樹齡、葉位等方面的影響，其中品種是主要影響因素[21-22]。本文桑葉營養(yǎng)成分與活性成分與張麗麗等[23]及何雪梅等[24]的研究結(jié)果基本一致，但也存在一些差異。原因可能與產(chǎn)地和氣候條件等因素造成植物次生長代謝產(chǎn)物的多型性有關(guān)。

以γ-氨基丁酸為例，本文中桑葉γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，高于王瑞嫻等[25]已報道的在內(nèi)地栽培的桑樹。原因為γ-氨基丁酸是一種與逆境脅迫有關(guān)的非蛋白氨基酸，吐魯番市的極端干燥高溫氣候使植物體產(chǎn)生了強烈的逆境脅迫，致使γ-氨基丁酸含量顯著增高[26]。敬成俊等[27]測定了不同產(chǎn)地不同品種的冬桑葉中總多糖含量為5.75～25mg/g，與本研究測定的總多糖含量（3.93～6.14 mg/g）比較，存在較大差異。原因是其測定的桑葉來源于不同國家和地區(qū)，這表明桑葉總多糖含量受到不同區(qū)域的影響。

4 結(jié)論

桑葉作為一種藥食兩用的植物資源，具有很高的開發(fā)利用價值。本試驗定量分析了吐魯番市不同品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性物質(zhì)含量，結(jié)果表明，所試品種桑葉中營養(yǎng)和活性物質(zhì)豐富，不同品種物質(zhì)含量存在一定程度的差異。以主成分分析綜合得分為桑葉品質(zhì)評判標準，發(fā)現(xiàn)藥桑、無核大10、黑桑、白桑、臺灣長果等品種桑葉品質(zhì)較佳，是適合桑葉產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的桑樹品種。